IEEE 802.11

El estándar 'IEEE 802.11' define el uso de los dos niveles inferiores de la

arquitectura OSI (capas física y de enlace de datos), especificando sus normas de

funcionamiento en una WLAN. Los protocolos de la rama 802.x definen la tecnología

de redes de área local y redes de área metropolitana.

Conceptos Generales

Estaciones: computadores o dispositivos con interfaz inalámbrica.

Medio: se pueden definir dos, la radiofrecuencia y los infrarrojos.

Punto de acceso (AP): tiene las funciones de un puente (conecta dos redes con

niveles de enlaces parecidos o distintos), y realiza por tanto las conversiones de trama

pertinente.

Sistema de distribución: importantes ya que proporcionan movilidad entre AP, para

tramas entre distintos puntos de acceso o con los terminales, ayudan ya que es el

mecánico que controla donde está la estación para enviarle las tramas.

Conjunto de servicio básico (BSS): grupo de estaciones que se intercomunican entre

ellas. Se define dos tipos:

1. Independientes: cuando las estaciones, se intercomunican directamente.

2. Infraestructura: cuando se comunican todas a través de un punto de acceso.

Conjunto de servicio Extendido (ESS): es la unión de varios BSS.

Área de Servicio Básico (BSA): es la zona donde se comunican las estaciones de una

misma BSS, se definen dependiendo del medio.

Movilidad: este es un concepto importante en las redes 802.11, ya que lo que indica

es la capacidad de cambiar la ubicación de los terminales, variando la BSS. La

transición será correcta si se realiza dentro del mismo ESS en otro caso no se podrá

realizar.

Límites de la red: los límites de las redes 802.11 son difusos ya que pueden solaparse

diferentes BSS.

Protocolos

802.11 legacy

La versión original del estándar IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos)

802.11 publicada en 1997 especifica dos velocidades de transmisión teóricas de 1 y 2

megabits por segundo (Mbit/s) que se transmiten por señales infrarrojas (IR). IR sigue

siendo parte del estándar, si bien no hay implementaciones disponibles.

El estándar original también define el protocolo CSMA/CA (Múltiple acceso por detección

de portadora evitando colisiones) como método de acceso. Una parte importante de la

velocidad de transmisión teórica se utiliza en las necesidades de esta codificación para

mejorar la calidad de la transmisión bajo condiciones ambientales diversas, lo cual se

tradujo en dificultades de interoperabilidad entre equipos de diferentes marcas. Estas y

otras debilidades fueron corregidas en el estándar 802.11b, que fue el primero de esta

familia en alcanzar amplia aceptación entre los consumidores.

802.11a

La revisión 802.11a fue aprobada en 1999. El estándar 802.11a utiliza el mismo juego de

protocolos de base que el estándar original, opera en la banda de 5 Ghz y utiliza 52

subportadoras orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) con una velocidad

máxima de 54 Mbit/s, lo que lo hace un estándar práctico para redes inalámbricas con

velocidades reales de aproximadamente 20 Mbit/s. La velocidad de datos se reduce a 48,

36, 24, 18, 12, 9 o 6 Mbit/s en caso necesario. 802.11a tiene 12 canales sin solapa, 8 para

red inalámbrica y 4 para conexiones punto a punto. No puede interoperar con equipos del

estándar 802.11b, excepto si se dispone de equipos que implementen ambos estándares.

802.11b

Artículo principal: IEEE 802.11b.

La revisión 802.11b del estándar original fue ratificada en 1999. 802.11b tiene una

velocidad máxima de transmisión de 11 Mbps y utiliza el mismo método de acceso

definido en el estándar original CSMA/CA. El estándar 802.11b funciona en la banda de

2,4 GHz. Debido al espacio ocupado por la codificación del protocolo CSMA/CA, en la

práctica, la velocidad máxima de transmisión con este estándar es de aproximadamente

5,9 Mbits sobre TCP y 7,1 Mbit/s sobre UDP.

802.11 c

Es menos usado que los primeros dos, pero por la implementación que este protocolo

refleja. El protocolo ‘c’ es utilizado para la comunicación de dos redes distintas o de

diferentes tipos, así como puede ser tanto conectar dos edificios distantes el uno con el

otro, así como conectar dos redes de diferente tipo a través de una conexión inalámbrica.

El protocolo ‘c’ es más utilizado diariamente, debido al costo que implica las largas

distancias de instalación con fibra óptica, que aunque más fidedigna, resulta más costosa

tanto en instrumentos monetarios como en tiempo de instalación.

"El estándar combinado 802.11c no ofrece ningún interés para el público general. Es

solamente una versión modificada del estándar 802.1d que permite combinar el 802.1d

con dispositivos compatibles 802.11 (en el nivel de enlace de datos capa 2 del modelo

OSI)".

802.11d

Es un complemento del estándar 802.11 que está pensado para permitir el uso

internacional de las redes 802.11 locales. Permite que distintos dispositivos intercambien

información en rangos de frecuencia según lo que se permite en el país de origen del

dispositivo.

802.11e

La especificación IEEE 802.11e ofrece un estándar inalámbrico que permite interoperar

entre entornos públicos, de negocios y usuarios residenciales, con la capacidad añadida

de resolver las necesidades de cada sector. A diferencia de otras iniciativas de

conectividad sin cables, ésta puede considerarse como uno de los primeros estándares

inalámbricos que permite trabajar en entornos domésticos y empresariales. La

especificación añade, respecto de los estándares 802.11b y 802.11a, características QoS

y de soporte multimedia, a la vez que mantiene compatibilidad con ellos. Estas

prestaciones resultan fundamentales para las redes domésticas y para que los

operadores y proveedores de servicios conformen ofertas avanzadas. El documento que

establece las directrices de QoS, aprobado el pasado mes de noviembre, define los

primeros indicios sobre cómo será la especificación que aparecerá a finales de 2001.

Incluye, asimismo, corrección de errores (FEC) y cubre las interfaces de adaptación de

audio y vídeo con la finalidad de mejorar el control e integración en capas de aquellos

mecanismos que se encarguen de gestionar redes de menor rango. El sistema de gestión

centralizado integrado en QoS evita la colisión y cuellos de botella, mejorando la

capacidad de entrega en tiempo crítico de las cargas. Estas directrices aún no han sido

aprobadas. Con el estándar 802.11, la tecnología IEEE 802.11 soporta tráfico en tiempo

real en todo tipo de entornos y situaciones. Las aplicaciones en tiempo real son ahora una

realidad por las garantías de Calidad de Servicio (QoS) proporcionado por el 802.11e. El

objetivo del nuevo estándar 802.11e es introducir nuevos mecanismos a nivel de

capa MAC para soportar los servicios que requieren garantías de Calidad de Servicio.

Para cumplir con su objetivo IEEE 802.11e introduce un nuevo elemento llamado Hybrid

Coordination Function (HCF) con dos tipos de acceso:

(EDCA) Enhanced Distributed Channel Access, equivalente a DCF.

(HCCA) HCF Controlled Access, equivalente a PCF.

En este nuevo estándar se definen cuatro categorías de acceso al medio (Ordenadas de

menos a más prioritarias).

Background (AC_BK)

Best Effort (AC_BE)

Video (AC_VI)

Voice (AC_VO)

Para conseguir la diferenciación del tráfico se definen diferentes tiempos de acceso al

medio y diferentes tamaños de la ventana de contención para cada una de las categorías.

802.11f

Es una recomendación para proveedores de puntos de acceso que permite que los

productos sean más compatibles. Utiliza el protocolo IAPP que le permite a un usuario

itinerante cambiarse claramente de un punto de acceso a otro mientras está en

movimiento sin importar qué marcas de puntos de acceso se usan en la infraestructura de

la red. También se conoce a esta propiedad simplemente como itinerancia.

802.11g

En junio de 2003, se ratificó un tercer estándar de modulación: 802.11g. Que es la

evolución del estándar 802.11b, Este utiliza la banda de 2,4 Ghz (al igual que el estándar

802.11b) pero opera a una velocidad teórica máxima de 54 Mbit/s, que en promedio es de

22,0 Mbit/s de velocidad real de transferencia, similar a la del estándar 802.11a. Es

compatible con el estándar b y utiliza las mismas frecuencias. Buena parte del proceso de

diseño del estándar lo tomó el hacer compatibles los dos estándares. Sin embargo, en

redes bajo el estándar g la presencia de nodos bajo el estándar b reduce

significativamente la velocidad de transmisión.

Los equipos que trabajan bajo el estándar 802.11g llegaron al mercado muy rápidamente,

incluso antes de su ratificación que fue dada aprox. el 20 de junio del 2003. Esto se debió

en parte a que para construir equipos bajo este nuevo estándar se podían adaptar los ya

diseñados para el estándar b.

Actualmente se venden equipos con esta especificación, con potencias de hasta medio

vatio, que permite hacer comunicaciones de hasta 50 km con antenas parabólicas o

equipos de radio apropiados.

Existe una variante llamada 802.11g+ capaz de alcanzar los 108Mbps de tasa de

transferencia. Generalmente sólo funciona en equipos del mismo fabricante ya que utiliza

protocolos propietarios.

Interacción de 802.11g y 802.11b.

802.11g tiene la ventaja de poder coexistir con los estándares 802.11a y 802.11b, esto

debido a que puede operar con las Tecnologías RF DSSS y OFDM. Sin embargo, si se

utiliza para implementar usuarios que trabajen con el estándar 802.11b, el rendimiento de

la celda inalámbrica se verá afectado por ellos, permitiendo solo una velocidad de

transmisión de 22 Mbps. Esta degradación se debe a que los clientes 802.11b no

comprenden OFDM.

Suponiendo que se tiene un punto de acceso que trabaja con 802.11g, y actualmente se

encuentran conectados un cliente con 802.11b y otro 802.11g, como el cliente 802.11b no

comprende los mecanismos de envío de OFDM, el cual es utilizados por 802.11g, se

presentarán colisiones, lo cual hará que la información sea reenviada, degradando aún

más nuestro ancho de banda.

Suponiendo que el cliente 802.11b no se encuentra conectado actualmente, el Punto de

acceso envía tramas que brindan información acerca del Punto de acceso y la celda

inalámbrica. Sin el cliente 802.11b, en las tramas se verían la siguiente información:

NON_ERP present: no

Use Protection: no

ERP (Extended Rate Physical), esto hace referencia a dispositivos que utilizan tasas de

transferencia de datos extendidos, en otras palabras, NON_ERP hace referencia a

802.11b. Si fueran ERP, soportarían las altas tasas de transferencia que soportan

802.11g.

Cuando un cliente 802.11b se asocia con el AP (Punto de acceso), éste último alerta al

resto de la red acerca de la presencia de un cliente NON_ERP. Cambiando sus tramas de

la siguiente forma:

NON_ERP present: yes

Use Protection: yes

Ahora que la celda inalámbrica sabe acerca del cliente 802.11b, la forma en la que se

envía la información dentro de la celda cambia. Ahora cuando un cliente 802.11g quiere

enviar una trama, debe advertir primero al cliente 802.11b enviándole un mensaje RTS

(Request to Send) a una velocidad de 802.11b para que el cliente 802.11b pueda

comprenderlo. El mensaje RTS es enviado en forma de unicast. El receptor 802.11b

responde con un mensaje CTS (Clear to Send).

Ahora que el canal está libre para enviar, el cliente 802.11g realiza el envío de su

información a velocidades según su estándar. El cliente 802.11b percibe la información

enviada por el cliente 802.11g como ruido.

La intervención de un cliente 802.11b en una red de tipo 802.11g, no se limita solamente

a la celda del Punto de acceso en la que se encuentra conectado, si se encuentra

trabajando en un ambiente con múltiples AP en Roaming, los AP en los que no se

encuentra conectado el cliente 802.11b se transmitirán entre sí tramas con la siguiente

información:

NON_ERP present: no

Use Protection: yes

La trama anterior les dice que hay un cliente NON_ERP conectado en uno de los AP, sin

embargo, al tenerse habilitado Roaming, es posible que éste cliente 802.11b se conecte

en alguno de ellos en cualquier momento, por lo cual deben utilizar los mecanismo de

seguridad en toda la red inalámbrica, degradando de esta forma el rendimiento de toda la

celda. Es por esto que los clientes deben conectarse preferentemente utilizando el

estándar 802.11g. Wi-Fi (802.11b / g)

802.11h

La especificación 802.11h es una modificación sobre el estándar 802.11 para WLAN

desarrollado por el grupo de trabajo 11 del comité de estándares LAN/MAN

del IEEE (IEEE 802) y que se hizo público en octubre de 2003. 802.11h intenta resolver

problemas derivados de la coexistencia de las redes 802.11 con sistemas

de Radar o Satélite.

El desarrollo del 802.11h sigue unas recomendaciones hechas por la ITU que fueron

motivadas principalmente a raíz de los requerimientos que la Oficina Europea de

Radiocomunicaciones (ERO) estimó convenientes para minimizar el impacto de abrir la

banda de 5 GHz, utilizada generalmente por sistemas militares, a

aplicaciones ISM (ECC/DEC/(04)08).

Con el fin de respetar estos requerimientos, 802.11h proporciona a las redes 802.11a la

capacidad de gestionar dinámicamente tanto la frecuencia, como la potencia de

transmisión.

Selección Dinámica de Frecuencias y Control de Potencia del Transmisor

DFS (Dynamic Frequency Selection) es una funcionalidad requerida por las WLAN que

operan en la banda de 5GHz con el fin de evitar interferencias co-canal con sistemas de

radar y para asegurar una utilización uniforme de los canales disponibles.

TPC (Transmitter Power Control) es una funcionalidad requerida por las WLAN que

operan en la banda de 5GHz para asegurar que se respetan las limitaciones de potencia

transmitida que puede haber para diferentes canales en una determinada región, de

manera que se minimiza la interferencia con sistemas de satélite.

802.11i

Está dirigido a batir la vulnerabilidad actual en la seguridad para protocolos de

autenticación y de codificación. El estándar abarca los protocolos 802.1x, TKIP (Protocolo

de Claves Integra – Seguras – Temporales), y AES (Estándar de Cifrado Avanzado). Se

implementa en WPA2.

802.11j

Es equivalente al 802.11h, en la regulación Japonesa

802.11k

Permite a los conmutadores y puntos de acceso inalámbricos calcular y valorar los

recursos de radiofrecuencia de los clientes de una red WLAN, mejorando así su gestión.

Está diseñado para ser implementado en software, para soportarlo el equipamiento WLAN

sólo requiere ser actualizado. Y, como es lógico, para que el estándar sea efectivo, han

de ser compatibles tanto los clientes (adaptadores y tarjetas WLAN) como la

infraestructura (puntos de acceso y conmutadores WLAN).

802.11n

En enero de 2004, el IEEE anunció la formación de un grupo de trabajo 802.11 (Tgn) para

desarrollar una nueva revisión del estándar 802.11. La velocidad real de transmisión

podría llegar a los 600 Mbps (lo que significa que las velocidades teóricas de transmisión

serían aún mayores), y debería ser hasta 10 veces más rápida que una red bajo los

estándares 802.11a y 802.11g, y unas 40 veces más rápida que una red bajo el estándar

802.11b. También se espera que el alcance de operación de las redes sea mayor con

este nuevo estándar gracias a la tecnología MIMO Multiple Input – Multiple Output, que

permite utilizar varios canales a la vez para enviar y recibir datos gracias a la

incorporación de varias antenas (3). Existen también otras propuestas alternativas que

podrán ser consideradas. El estándar ya está redactado, y se viene implantando desde

2008. A principios de 2007 se aprobó el segundo boceto del estándar. Anteriormente ya

había dispositivos adelantados al protocolo y que ofrecían de forma no oficial este

estándar (con la promesa de actualizaciones para cumplir el estándar cuando el definitivo

estuviera implantado). Ha sufrido una serie de retrasos y el último lo lleva hasta

noviembre de 2009. Habiéndose aprobado en enero de 2009 el proyecto 7.0 y que va por

buen camino para cumplir las fechas señaladas.1 A diferencia de las otras versiones de

Wi-Fi, 802.11n puede trabajar en dos bandas de frecuencias: 2,4 GHz (la que emplean

802.11b y 802.11g) y 5 GHz (la que usa 802.11a). Gracias a ello, 802.11n es compatible

con dispositivos basados en todas las ediciones anteriores de Wi-Fi. Además, es útil que

trabaje en la banda de 5 GHz, ya que está menos congestionada y en 802.11n permite

alcanzar un mayor rendimiento.

El estándar 802.11n fue ratificado por la organización IEEE el 11 de septiembre de 2009

con una velocidad de 600 Mbps en capa física.2 3

En la actualidad la mayoría de productos son de la especificación b o g , sin embargo ya

se ha ratificado el estándar 802.11n que sube el límite teórico hasta los 600 Mbps.

Actualmente ya existen varios productos que cumplen el estándar N con un máximo de

300 Mbps (80-100 estables).

El estándar 802.11n hace uso simultáneo de ambas bandas, 2,4 Ghz y 5,4 Ghz. Las

redes que trabajan bajo los estándares 802.11b y 802.11g, tras la reciente ratificación del

estándar, se empiezan a fabricar de forma masiva y es objeto de promociones por parte

de los distintos ISP, de forma que la masificación de la citada tecnología parece estar en

camino. Todas las versiones de 802.11xx, aportan la ventaja de ser compatibles entre sí,

de forma que el usuario no necesitará nada más que su adaptador wifi integrado, para

poder conectarse a la red.

Sin duda esta es la principal ventaja que diferencia wifi de otras tecnologías propietarias,

como LTE, UMTS y Wimax, las tres tecnologías mencionadas, únicamente están

accesibles a los usuarios mediante la suscripción a los servicios de un operador que está

autorizado para uso de espectro radioeléctrico, mediante concesión de ámbito nacional.

La mayor parte de los fabricantes ya incorpora a sus líneas de producción equipos wifi

802.11n, por este motivo la oferta ADSL, ya suele venir acompañada de wifi 802.11n,

como novedad en el mercado de usuario doméstico.

Se conoce que el futuro estándar sustituto de 802.11n será 802.11ac con tasas de

transferencia superiores a 1 Gb/s.4

802.11p

Este estándar opera en el espectro de frecuencias de 5,90 GHz y de 6,20 GHz,

especialmente indicado para automóviles. Será la base de las comunicaciones dedicadas

de corto alcance (DSRC) en Norteamérica. La tecnología DSRC permitirá el intercambio

de datos entre vehículos y entre automóviles e infraestructuras en carretera.

802.11r

También se conoce como Fast Basic Service Set Transition, y su principal característica

es permitir a la red que establezca los protocolos de seguridad que identifican a un

dispositivo en el nuevo punto de acceso antes de que abandone el actual y se pase a él.

Esta función, que una vez enunciada parece obvia e indispensable en un sistema de

datos inalámbricos, permite que la transición entre nodos demore menos de 50

milisegundos. Un lapso de tiempo de esa magnitud es lo suficientemente corto como para

mantener una comunicación vía VoIP sin que haya cortes perceptibles.

802.11v

IEEE 802.11v servirá para permitir la configuración remota de los dispositivos cliente. Esto

permitirá una gestión de las estaciones de forma centralizada (similar a una red celular) o

distribuida, a través de un mecanismo de capa 2. Esto incluye, por ejemplo, la capacidad

de la red para supervisar, configurar y actualizar las estaciones cliente. Además de la

mejora de la gestión, las nuevas capacidades proporcionadas por el 11v se desglosan en

cuatro categorías: mecanismos de ahorro de energía con dispositivos de manoVoIP Wi-Fi

en mente; posicionamiento, para proporcionar nuevos servicios dependientes de la

ubicación; temporización, para soportar aplicaciones que requieren un calibrado muy

preciso; y coexistencia, que reúne mecanismos para reducir la interferencia entre

diferentes tecnologías en un mismo dispositivo.

802.11w

Todavía no concluido. TGw está trabajando en mejorar la capa del control de acceso del

medio de IEEE 802.11 para aumentar la seguridad de los protocolos de autenticación y

codificación. Las LANs inalámbricas envía la información del sistema en tramas

desprotegidos, que los hace vulnerables. Este estándar podrá proteger las redes contra la

interrupción causada por los sistemas malévolos que crean peticiones desasociadas que

parecen ser enviadas por el equipo válido. Se intenta extender la protección que aporta el

estándar 802.11i más allá de los datos hasta las tramas de gestión, responsables de las

principales operaciones de una red. Estas extensiones tendrán interacciones con

IEEE 802.11r e IEEE 802.11u.

Canales y frecuencias

IEEE 802.11 b e IEEE 802.11 g

Los identificadores de canales, frecuencias centrales, y dominios reguladores para cada canal usado por

IEEE 802.11b e IEEE 802.11g:

Identificador

de Canal

Frecuencia

en MHz

Dominios Reguladores

América (-A) EMEA (-E) Israel (-I) China (-C) Japón (-J)

1 2412 × × — × ×

2 2417 × × — × ×

3 2422 × × × × ×

4 2427 × × × × ×

5 2432 × × × × ×

6 2437 × × × × ×

7 2442 × × × × ×

8 2447 × × × × ×

9 2452 × × × × ×

10 2457 × × — × ×

11 2462 × × — × ×

12 2467 — × — — ×

13 2472 — × — — ×

14 2484 — — — — ×

Los estándares 802.11b y 802.11g utilizan la banda de 2,4. En esta banda se definieron 11 canales

utilizables por equipos WIFI, que pueden configurarse de acuerdo a necesidades particulares. Sin

embargo los 11 canales no son completamente independientes (Un canal se superpone y produce

interferencias hasta un canal a 4 canales de distancia). El ancho de banda de la señal (22MHz) es

superior a la separación entre canales consecutivos (5MHz), por eso se hace necesaria una separación

de al menos 5 canales con el fin de evitar interferencias entre celdas adyacentes, ya que al utilizar

canales con una separación de 5 canales entre ellos (y a la vez cada uno de estos con una separación

de 5MHz de su canal vecino) entonces se logra una separación final de 25MHz, lo cual es mayor al

ancho de banda que utiliza cada canal del estándar 802.11, el cual es de 22MHz. Tradicionalmente se

utilizan los canales 1, 6 y 11, aunque se ha documentado que el uso de los canales 1, 5, 9 y 13 (en

dominios europeos) no es perjudicial para el rendimiento de la red.5 6

Esta asignación de canales usualmente se hace sólo en el Punto de acceso, pues los “clientes”

automáticamente detectan el canal, salvo en los casos en que se forma una red “Ad-Hoc” o punto a

punto cuando no existe Punto de acceso.

IEEE 802.11 a

Los identificadores de canales, frecuencias centrales, y dominios reguladores para cada canal usado por

IEEE 802.11a:

Identificador

de Canal

Frecuencia

en MHz

Dominios Reguladores

América (-A) EMEA (-E) Israel (-I) Japón (-J)

34 5170 — — — —

36 5180 × × × —

38 5190 — — — —

40 5200 × × × —

42 5210 — — — —

44 5220 × × × —

46 5230 — — — —

48 5240 × × × —

52 5260 × — — ×

56 5280 × — — ×

60 5300 × — — ×

64 5320 × — — ×

149 5745 — — — —

153 5765 — — — —

157 5785 — — — —

161 5805 — — — —

Pese a que el ensanchado de espectro y la modulación son diferentes, en la banda de 5GHz se

mantiene un ancho de banda cercano a los 20MHz, de manera que el requerimiento de separación de 5

canales de la banda de 2,4GHz se mantiene. Para la compatibilidad con sistemas de radar existentes y

evitar interferencias con comunicaciones por satélite, en Europa se requiere la implementación de un

control dinámico de las frecuencias y un control automático de las potencias de transmisión. Es por eso

que para su uso en Europa, las redes 802.11a deben incorporar las modificaciones del 802.11h.